JURNAL RESTI
(Rekayasa Sistem dan Teknologi Informasi)
Vol. 1 No. 2 (2017) 114 -121
ISSN Media Elektronik : 2580-0760
Deteksi Kebocoran gas LPG menggunakan Detektor Arduino dengan
Algoritma Fuzzy Logic Mamdani
Lukman Hakima, Vidi Yonatanb
aTeknik Informatika, Teknologi dan Desain, Universitas Bunda Mulia, lhakim@bundamulia.ac.id b
Teknik Informatika, Teknologi dan Desain, Universitas Bunda Mulia, vidi_yonatan@yahoo.com
Abstract
The fire disaster caused by gas leak LPG (Liquid Petroleum Gas) has increased every year from 2011 to 2015 of which 17% is caused by gas leakage. The use of LPG gas leak detector using arduino equipped with gas and temperature sensors makes it easy for early detection of leaks and fires. The design of LPG gas leak detector using fuzzy logic mandani algorithm, equipped with information via Short Message Service (SMS) and Buzzer. LPG gas leak detector can indication of leakage at an average gas concentration of 456 ppm from 10 tests and red fire indication 23.30 can recognize the occurrence of fire, the detector sends SMS to homeowners and firefighters.
Keywords: Fuzzy Logic, Mandani, Arduino, LPG
Abstrak
Bencana kebakaran yang diakibatkan oleh kebocoran gas LPG (Liquid Petroleum Gas) mengalami kenaikan setiap tahun dari tahun 2011 sampai 2015 diantaranya 17% diakibatkan oleh kebocoran gas. Penggunaan detektor kebocoran gas LPG menggunakan arduino yang dilengkapi sensor gas dan suhu memberikan kemudahan untuk deteksi secara awal terjadinya kebocoran dan kebakaran. Perancangan detektor kebocoran gas LPG menggunakan algoritma fuzzy logic mandani, dilengkapi dengan informasi melalui Short Message Service (SMS) dan Buzzer. Detektor kebocoran gas LPG dapat melakukan indikasi terjadinya bocor pada konsentrasi gas rata-rata 456 ppm dari 10 pengujian dan indikasi api merah 23,30 dapat mengenal terjadinya kebakaran, detektor mengirimkan SMS kepada pemilik rumah dan pemadam kebakaran.
Keywords : Fuzzy Logic, Mandani, Arduino, LPG
© 2017Jurnal RESTI
1. Pendahuluan
Kebijakan pemerintah yang mengkonversi minyak tanah ke penggunaan gas LPJ untuk semua lapisan masyarakat, memiliki dampak positif dan negatif seperti dampak positif pembakaran gas lebih bersih dan mengurangi kadar polutan udara, sedangkan dampak negatif penggunaan gas lebih mudah terbakar diudara dan dengan tekanan yang tinggi dapat menyebabkan ledakan yang berakibat fatal, berdasarkan data dari pemerintah kota Depok dengan kurun waktu 5 (lima) tahun 17% kebakaran diakibat gas, dapat dilihat pada
Gambar 1 dan Gambar 2 [1].
Gambar 2. Jumlah Kejadian kebakaran
Setiap tahunnya kejadian kebakaran mengalami kenaikan, hal tersebut harus diantisifasi dengan deteksi kebocoran gas LPG salah satu yang memang penyebab ketidaktahuan atau kelalaian masyarakat terhadap penggunaan gas LPJ. Dari hal tersebut perlu dibuatnya alat deteksi kebocoran gas untuk rumah tanggal/tinggal sehingga mengurangi terjadinya kebakaran yang diakibatkan kebocoran gas LPG. Prototipe deteksi kebocoran gas LPJ menggunakan Mikrokontroller Arduino UNO R3 dan GSM Shield, dilengkapi sensor MQ2, Fuzzer serta terintegrasi dengan layanan SMS Gateway yang akan langsung ke pihak pemilik rumah dan pemadam kebakaran terdekat apabila dianggap status sudah melampaui ambang batas atau kebakaran. Tujuan : Membuat Deteksi Kebocoran Gas LPG dengan menggunakan Arduino UNO R3 dan Arduino GSM Shield dengan algoritma Fuzzy Logic; Mengantisipasi kebakaran yang diakibatkan gas LPG serta peringatan dini kebocoran gas LPG; Mengetahui sejauh mana tingkat sensitifitas sensor gas terhadap kebocoran gas
Manfaat : diharapkan dapat memberikan kontribusi untuk pemikiran pengetahuan dan masyarakat untuk mengantisipasi kebocoran gas LPG yang mengakibatkan kebakaran; Memberikan kemudahan petugas pemadam kebakaran atau anggota keluarga pada sistem peringatan dini kebakaran.
2. Tinjauan Pustaka
2.1. Kebakaran
Kebakaran merupakan suatu bencana malapetaka atau musibah yang ditimbulkan oleh api yang tidak diharapkan / tidak dibutuhkan sukar dikuasai dan merugikan[2].
2.2.1. Faktor Penyebab Kebakaran
Masalah kebakaran di lingkungan permukiman dan perumahan sangat kompleks. Penyebabnya sangat beragam karena menyangkut masyarakat umum yang berjumlah jutaan di berbagai wilayah di Indonesia. Penyebab kebakaran permukiman diantaranya adalah :
a. Instalasi listrik
Kebakaran yang sering terjadi di pemukiman disebabkan oleh instalasi listrik karena pemasangan instalasi yang tidak sempurna, penggunaan alat atau instalasi yang tidak standar atau kurang aman, penggunaan listrik dengan cara tidak aman, serta penggunaan peralatan yang tidak baik atau rusak. b. Peralatan memasak
Penyebab kebakaran yang potensial di lingkungan rumah adalah dari alat masak, baik gas, kompor minyak tanah maupun listrik. Banyak pengguna gas LPG yang kurang paham cara penggunaan gas yang aman.
c. Perilaku Penghuni
Kebakaran di permukiman juga sering terjadi karena perilaku penghuni, misalnya menyalakan api untuk penerangan ditempat penyimpanan bahan bakar (bensin) yang mudah terbakar, menempatkan obat nyamuk, lilin, lampu teplok yang sedang menyala ditempat yang mudah terbakar, atau menggunakan peralatan listrik berlebihan melampaui beban yang aman (Ramli, 2010).
2.2. LPG (Liquid Petroleum Gas)
LPG (liquid petroleum gas) adalah campuran dari berbagai unsur hidrokarbon yang berasal dari gas alam. Dengan menambah tekanan dan menurunkan suhunya, gas berubah menjadi cair. Komponennya didominasi propana (C3H8) dan butana (C4H10). Salah satu resiko penggunaan LPG adalah terjadinya kebocoran pada tabung atau instalasi gas sehingga bila terkena api dapat menyebabkan kebakaran. Pada awalnya, gas LPG tidak berbau, tapi bila demikian akan sulit dideteksi apabila terjadi kebocoran pada tabung gas. Menyadari itu Pertamina menambahkan gas mercaptan, yang baunya khas dan menusuk hidung. Langkah itu sangat berguna untuk mendeteksi bila terjadi kebocoran tabung gas[3].
2.3. Mikrokontroller Arduino UNO R3
Gambar 3. Mikrokontroller Arduino UNO R3
2.4. Sensor MQ2
MQ2 digunakan untuk mendeteksi gas LPG, sensor ini sangat mudah penggunaannya, dan hemat dalam penggunaan pin digital mikrokontroler, lihat Gambar 4.. Sensor ini menggunakan alat pemanas kecil dengan sensor elektronik kimiawi yang beraksi dengan beberapa jenis gas, yang kemudian mengeluarkan output berupa tingkatan densitas gas yang terdeteksi.
Gambar 4. Sensor MQ2
2.5. Arduino GSM Shield
Adalah komponen tambahan yang memungkinkan Arduino terhubung ke jaringan GSM, mengirim dan menerima layanan suara, text, dan GPRS [4], Lihat Gambar 5. Komponen ini menggunakan digital pin 2 dan 3 untuk komunikasi serial dengan board Arduino dan menggunakan radio modem M10 Quad-band GSM/GPRS dari Quectel yang mendukung 4 frekuensi GSM 850MHz, GSM 900MHz, DCS 1800 MHz dan PCS 1900MHz. Dengan kecepatan maksimum transfer data GPRS 85.6 kbps[4].
Gambar 5. Arduino GSM Shield 900H/A
2.6 SMS Gateway
SMS gateway merupakan sistem aplikasi untuk mengirim dan/atau menerima SMS, karena merupakan sebuah aplikasi, maka fitur-fitur yang terdapat di dalam SMS
gateway dapat dimodifikasi sesuai dengan kebutuhan. Beberapa fitur yang umum dikembangkan dalam aplikasi SMS gateway adalah[5]:
a. Auto-reply
SMS gateway secara otomatis akan membalas SMS yang masuk. Contohnya untuk keperluan permintaan informasi tertentu, di mana pengirim mengirimkan SMS dengan format tertentu yang dikenali aplikasi, kemudian aplikasi dapat melakukan auto-reply dengan membalas SMS tersebut, berisi informasi yang dibutuhkan b. Pengiriman massal
Disebut juga dengan istilah SMS broadcast, bertujuan untuk mengirimkan SMS kebanyak tujuan sekaligus. Misalnya, untuk informasi produk terbaru kepada pelanggan.
c. Pengiriman terjadwal
Sebuah SMS dapat diatur untuk dikirimkan ke tujuan secara otomatis pada waktu tertentu. Dengan adanya SMS Gateway, pesan-pesan yang akan dikirim dapat diatur yaitu dengan menggunakan program tambahan yang dapat dibuat sendiri, pengiriman pesan dapat lebih fleksibel dalam mengirim berita karena biasanya pesan yang ingin dikirim berbeda-beda untuk masing-masing penerimanya (kustomisasi pesan).
2.7. Penelitian sebelumnnya
Menurut Joko Christian (2013) berjudul Prototipe Sistem Pendeteksi Kebocoran Gas LPG Menggunakan Sensor Gas MQ2, Board Arduino Duemilanove, Buzzer, dan Arduino GSM Shield pada PT. Alfa Retailindo ( Carrefour Pasar Minggu ), berupa hasil dari kebocoran gas LPG dengan cepat agar dapat dilakukan tindakan mitigasi secepat mungkin.Pihak management dapat mengetahui kondisi bahaya ketika gas bocor dimanapun berada karena pengiriman peringatan tidak hanya melalui suara tetapi juga melalui sms. Kekurangan adalah masih menggunakan kabel USB untuk koneksi ke PC, dimana batasan kabel USB adalah 5 meter, untuk mengatasi itu, sistem ini dapat dikembangkan agar dapat menggunakan jaringan LAN sehingga terminal monitoring (PC) dapat diletakkan pada jarak yang lebih jauh[5].
ADC dan diolah oleh mikrokontroler ATMega 8535 untuk memberikan perintah pengaktifan buzzer serta SMS (Short Message Service), sehingga dengan alat ini diharapkan dapat menanggulangi resiko kebakaran akibat kebocoran gas LPG[6].
2.8. Algoritma Fuzzy Logic
Sebelum munculnya teori fuzzy (fuzzy logic), dikenal sebuah logika tegas (Crisplogic) yang memiliki nilai benar atau salah secara tegas. Sebaliknya logika fuzzy merupakan sebuah logika yang memiliki nilai kekaburan atau kesamaran antara benar dan salah. Dalam teori logika fuzzy sebuah nilai bisa bernilai benar dan salah secara bersamaan namun berapa besar kebenaran dan kesalahan suatu nilai tergantung kepada bobot keanggotaan yang dimilikinya. Kata Fuzzy merupakan kata sifat yang berarti kabur, tidak jelas. Fuzziness atau kekaburan atau ketidakjelasan atau ketidakpastian selalu meliputi keseharian manusia. Logika fuzzy dikatakan sebagai logika baru yang lama, sebab ilmu tentang logika mendapatkan hasil, diperlukan 4 tahapan:
a. Pembentukan himpunan fuzzy. Pada proses fuzzifikasi langkah yang pertama adalah menentukan variable fuzzy dan himpunan fuzzinya. Kemudian tentukan derajat kesepadanan
(degree of match) antara data masukan fuzzy
dengan himpunan fuzzy yang telah didefenisikan untuk setiap variabel masukan sistem dari mamdani. Fungsi implikasi yang digunakan
Adalah min. Lakukan implikasi fuzzy berdasar pada kuat penyulutan dan himpunan fuzzy terdefinisi untuk setiap variabel keluaran di dalam bagian konsekuensi dari setiap aturan. Hasil implikasi fuzzy dari setiap aturan ini kemudian digabungkan untuk menghasilkan keluaran infrensi fuzzy[7].
Untuk penelitian ini menggunakan metode prototipe, model ini dianggap ideal untuk membuat alat deteksi kebocoran gas LPG dengan tahapan sebagai berikut : 1. Definisi jenis muatan gas LPG, serta tekanan yang
akan menyebabkan kebakaran, mengacu pada sumber seperti :
a) Jurnal dan referensi resmi dari situs atau pemadam kebakaran.
b) Identifikasi Mikrokontroller yang cocok digunakan untuk membuat alat deteksi kebocoran gas dan perangkat lainnya.
c) Keluaran, berupa bunyi dan mengirimkan pesan SMS kepada pemilik rumah, kepala lingkungan dan pemadam kebakaran apabila terjadinya kebakaran.
2. Membangun Prototipe
a. Menggunakan beberapa periperal dan modul mikrokontroller
b. Mengintegrasikan beberapa alat lainya seperti sensor gas (MQ2) dan api
c. Menggunakan algoritma Fuzzy Logic dan Mandani
3. Pengujian
Melakukan pengujian dengan gas LPG, dan tingkat sensitifitas sensor terhadap gas dan api.
4. Hasil dan Pembahasan
Gambar 7. Tampilan uji letak detektor dengan tabung gas
4.2.Perancangan alat detektor gas dan api 4.2.1. Rancangan Skematik alat
Gambar 8. Diagram Skematik deteksi kebocoran gas LPG
4.2.2. Rancangan komponen Mikrokontroller ATMega 328 sensor gas
Gambar 9. Rangkaian Mikrokontroller ATMega 328
Pada gambar 7 rangkaian mikrokontroller ATMega 328 terdapat 4x8 bit port atau 32 bit . setiap port pada mikrokontroller memiliki fungsi diantara yaitu :
1. Pada pin 8 I/O positif digunakan untuk buzzer yang berfungsi untuk alarm terjadinya
kebocoran gas.
2. Pin GND negatif untuk kaki buzzer. 3. Untuk pin 7 I/O positif digunakan untuk
sensor MQ 2 atau MQ5 yang berfungsi sebagai sensor gas
4. Untuk pin Vcc 5 volt dan GND dihubungkan pada kaki sensor MQ2
4.2.3. Desain Tata Letak dan Tabung gas LPG Pada gambar 8 merupakan desain tata letak untuk memberikan kemudahan bagi pengguna dalam meletakan alat detektor gas LPG, serta dapat memberikan kemudahan tingkat sensitifitas sensor peringatan dini apabila terjadinya kebocoran gas LPG.
Gambar 10. Desain Tata Letak alat deteksi kebocoran gas LPG
4.2.4. Flowchar kerja detektor kebocoran gas dan api Cara kerja alat detektor kebocoran gas ini menggunakan 2 sensor gas LPG dan sensor panas api, kedua input ditentukan nilai ukurannya pada senyawa gas LPG yang berisi butana dan propana, apabila terjadi nilai ukuran konsentrasi gas <300 kondisi tidak bocor dan tekanan panas pada ukurannya >=25 buzzer bunyi dan GSM Shield mengirimkan sms ke pengguna dan pemadam kebakaran.
4.2.5. Rancangan koding Fuzzy Logic
Kondisi suhu pada Api terbagi menjadi 3 bagian : 1. Dingin hanya sebatas untuk ujicoba sensor bukan secara nyata, untuk mengetahui sensor berfungsi, sedangkan tekan gas dapat meledak 20.000 ppm, pada variabel gas memiliki himpunan (tidak bocor, bocor sedang, bocor besar) dengan konsetrasi gas sebagai berikut :
1. Tidak bocor
Gambar 12. Keanggotaan himpunan suhu
Variabel A memiliki himpunan (dingin, hangat, panas).
Bocor Besar 1
0 100 300 800
Bocor Sedang Tidak Bocor
Gambar 13. Keanggotaan Himpunan gas
Variabel B memiliki himpunan (tidak bocor, bocor
if (api>=21 && api<=25) {
selisihapi[0]=0;
Serial.println(selisihapi[0]);
rule0=rules[0][0];
if( (def>=0.75)&&(def<1)){ lcd.clear();
sms.SendSMS(phone_number, "telah terdeteksi gas tekanan besar di xxxxxx!!!");//outputpesan
xxx..,xxxx!!!");//outputpesan singkat kepada
pengguna
sms.SendSMS("+6289654940xx", "telah terdeteksi api xxxxxx");//pemadam kebakaran
Serial.println("GSM Testing to send SMS"); pinMode (buzzer, OUTPUT);
if (gsm.begin(2400)){
Serial.println("\nstatus=READY");
for (int i=0; i<14;i++){
phone_number[i] = EEPROM.read (i+15); } }
/*do{
sms_position=sms.IsSMSPresent(SMS_ALL); if (sms_position) {
pengguna anda telah berhasil diganti"); } else{
Untuk pengujian prototipe deteksi kebakaran dilakukan dengan menguji 2 sensor gas dan api, yaitu :
a. Pengujian sensor gas LPG
Untuk nilai ukur tekanan gas <300 untuk memberikan kemudahan sensor dalam membedakan antar gas bocor dengan pergantian gas sisa, untuk jarak alat detektor kebakaran tabung gas dengan tabung diusahakan dekat untuk memudahkan alat detektor lebih sensitif melakukan deteksi secara akurat.
Tabel 3. Pengujian pada sensor gas LPG
7 <300 592 2 Valid berwarna merah sensor dapat mengenali panas api dengan jarak 5 hingga 30 cm.
Tabel 4. Pengujian sensor api
Pengujian Konsentrasi
Untuk pengujian SMS pada alat detektor kebakaran sudah dilakukan dengan adanya respon berupa SMS ke handphone pemilik rumah atau petugas pemadam kebakaran.
Gambar 14. Tampilan SMS untuk pemilik rumah
5. Kesimpulan
5.1. Simpulan
Dari hasil penelitian ini dapat disimpulkan sebagai berikut :
1. Alat detektor kebocoran gas LPG dapat membaca tekanan gas LPG pada tekanan <300 dapat membaca gas (C3H8) dan butana (C4H10) pada tekanan rata-rata 456.8 untuk indikasi terjadinya kebocoran gas LPG.
2. Jarak alat detektor kebocoran gas LPG dengan tabung 2 cm untuk keakurasian sensor dalam membaca gas.
3. Alat detektor kebocoran gas dilengkapi sensor kebakaran untuk mengurangi jumlah korban jiwa dan materi, sensor api dapat merespon jenis api merah dengan tekanan <100 dengan jarak alat 5 cm hingga 30 cm masih dapat membaca tekanan panas api.
4. Untuk penerapan SMS pada alat deteksi kebocoran gas dan api dapat mengirimkan pesan singkat kepada pengguna dan pemadam kebakaran. 5.2 Saran
1. Alat ini perlu dilengkapi baterai untuk menyimpan listrik cadangan, yang berfungsi untuk mendukung listrik yang mati pada saat terjadinya kebocoran gas LPG atau kebakaran.
2. Untuk tombol perubahan nomor telpon pengguna dan pemadam desain tombol lebih ergonomis, sehingga memudahkan pengguna dalam melakukan perubahan.
5. Daftar Rujukan
[1] Sumber : http://damkar.depok.go.id/data-kebakaran/ [2] Adila Yunita, dkk, 2016, “Faktor Penyebab Kerentanan Kebakaran berdasarkan persepsi masyarakat di kelurahan Melayu Kecamatan Banjarmasin Tengah, Jurnal Pendidikan Geografis, Universitas Lambung Mangkurat, Volume 3 No 4 Juli 2016 hal 40-57, Kalimantan.
[3] Departemen energi dan sumber daya mineral Republik Indonesia direktorat jenderal minyak dan gas bumi, Keputusan Direktur Jenderal minyak dan gas bumi nomor : 26525.K/10/DJM.T/2009 Tentang standar dan mutu (spesifikasi) bahan bakar gas jenis
[5] Christian Joko, Komar Nurul, 2013, “Prototipe Sistem Pendeteksi Kebocoran Gas LPG Menggunakan Sensor Gas MQ2, Board Arduino Duemilanove, Buzzer, dan Arduino GSM Shield pada PT. Alfa Retailindo ( Carrefour Pasar Minggu )”, Jurnal TICOM Universitas Budi Luhur, Vol2 No.1 September, Jakarta.
[6] Bambang Eko Soemarsono, dkk, 2015,”Alat Deteksi dini terhadap kebocoran gas LPG”, Jurnal TELE Politeknik Negeri Semarang, Vol 13 No.1 Maret 2015, Semarang.
![Gambar 1 dan Gambar 2 [1].](https://thumb-ap.123doks.com/thumbv2/123dok/2205633.1620035/1.595.335.502.511.654/gambar-dan-gambar.webp)
